胖大海全球產地適宜性分析＊

張 婕，李西文，許翔翔，吳 杰，陳士林

（1. 北京中醫(yī)藥大學中藥學院 北京 100102；2. 中國中醫(yī)科學院中藥研究所 北京 100700；3. 蚌埠醫(yī)學院生物科學系 蚌埠 233000）

胖大海全球產地適宜性分析＊

張 婕1，2，李西文2，許翔翔1，3，吳 杰2，陳士林1＊＊

（1. 北京中醫(yī)藥大學中藥學院 北京 100102；2. 中國中醫(yī)科學院中藥研究所 北京 100700；3. 蚌埠醫(yī)學院生物科學系 蚌埠 233000）

目的：本研究分析了胖大海全球產地適宜性，為其科學區(qū)劃及種植提供依據。方法：以胖大海原產地、主產地及主要分布區(qū)的97個樣點為分析基點，選取氣溫、相對濕度、日照強度、年降水量、土壤等關鍵生態(tài)因子值，采用藥用植物全球產地適宜性區(qū)劃信息系統（GMPGIS）對胖大海在全球的生態(tài)適宜區(qū)域進行分析。結果：胖大海最大生態(tài)相似度區(qū)域主要分布在熱帶地區(qū)，適宜區(qū)的分析結果覆蓋了文獻記載的全部胖大海分布區(qū)域；同時還發(fā)現了胖大海潛在生產適宜區(qū)。結論：本研究結果可為合理規(guī)劃胖大海種植生產布局，開展引種栽培工作提供科學依據。

GMPGIS 胖大海 產地適宜性 生態(tài)因子

道地藥材是公認的，在特定生境下產生的療效好、質量優(yōu)的一類中藥材。道地藥材的闡述首見于東漢藥物專著《神農本草經》中“土地所出，真?zhèn)涡玛悾⒏饔蟹ā敝f；《新修本草》曰：“離其本土，則質同而效異”，《黃帝內經》言：“歲物者，天地之專精好。非同歲物則氣散，質同而異等也”，這些都說明產地環(huán)境對中藥材的重要性。但隨著中藥資源需求的快速增長和環(huán)境惡化，大量道地野生藥材資源瀕臨滅絕，其野生分布區(qū)域越來越狹窄。為滿足臨床用藥和國內外市場需求，藥材引種、擴種成為彌補藥源不足的重要措施。但盲目引種、擴種不僅造成資源、人力和物力的浪費，還會嚴重影響中藥材生產的合理布局，極大削弱藥材的道地性，導致藥材品質嚴重下降，影響臨床療效，制約了中藥材生產的可持續(xù)發(fā)展。產地適宜性是中藥材引種栽培和區(qū)劃的基礎，也是研究道地藥材形成的重要途徑，對開展中藥材生態(tài)適宜性和區(qū)劃研究具有重大現實意義。

胖大海Sterculiae lychnophorae Semen是梧桐科植物胖大海S. lychnophora Hance的干燥成熟種子[1]，又稱大海、大海子，是著名的進口果實類中藥材，藥食兩用，市場普及率較高，是家喻戶曉的保健品種。胖大海具有清熱潤肺、利咽開音、潤腸通便的功效，用于肺熱音啞、干咳無痰、咽喉干痛、熱結便閉、頭痛目赤等證[1]。現代研究發(fā)現胖大海具有瀉下、降壓、抗病毒、抗炎和解痙等作用。胖大海原產于越南、印度、緬甸、柬埔寨、老撾、馬來西亞、泰國和印度尼西亞等東南亞和東亞國家的熱帶森林生態(tài)系統[2]，海南、云南、廣東、廣西、福建等省區(qū)也有少量栽培。胖大海傳入中國的時間已不可考，可追溯的最早記載是清代趙學敏所著《本草綱目拾遺》（公元1765年）[3，4]。據南京藥學院編撰的《藥材學》（1960年）記載：進口胖大海的商品有新州子（產自馬來半島）、暹邏子（泰國產）、安南子（越南產）3種規(guī)格。圓粒蘋婆與胖大海同屬，常用來充數；橄欖干燥成熟果實青果也易摻入[5-8]。近十幾年來，胖大海樹木的非可持續(xù)性砍伐和對胖大海果實的過度利用，造成了胖大海資源匱乏，進而導致生態(tài)不平衡[9,10]。雖然胖大海在云南、海南等省已經有引種栽培的歷史[11,12]，但從生態(tài)地理角度判斷這些地區(qū)是否真正適合胖大海的生產，在其他地區(qū)是否還有新的適宜區(qū)可以發(fā)展胖大海種植，這些問題都需要用科學數據來回答。因此，進行胖大海的全球產地適宜性研究對其科學引種、栽培和區(qū)劃，合理利用土地資源，生產優(yōu)質、高產的胖大海具有十分重要的意義。

藥用植物全球產地生態(tài)適宜性分析信息系統（Global Geographic Information System for Medicinal Plant，GMPGIS）是由中國中醫(yī)科學院中藥研究所基于WorldClim、Climond、HWSD等國際數據庫和地理信息系統（Geographic Information System，GIS）研發(fā)的產地分析信息系統[13]。將GIS的空間聚類分析應用于藥材數值區(qū)劃中，能快速、準確、科學地分析出與藥材主產區(qū)生態(tài)環(huán)境（氣候、土壤等）最為相近的區(qū)域，從而擺脫對傳統經驗和單因素分析等方法的依賴，為全球藥用植物引種栽培，特別是擴大海外種植區(qū)域和藥用植物產業(yè)的合理布局提供了科學、可靠、直觀而快捷的決策分析方法[14]。本研究采用GMPGIS獲得了胖大海在全球的適宜產地，為合理布局發(fā)展胖大海生產、確定胖大海區(qū)劃、避免盲目引種，從而保證胖大海品質提供了技術支撐。

1 GMPGIS原理與系統數據庫

1.1 GMPGIS的工作原理

GMPGIS是以GIS為平臺[15]，采用空間分析中的諸多方法，按照引種生態(tài)相似原理，實現在全球范圍內對中藥材產地的適宜性分析。該系統首先將與中藥材生長環(huán)境相關的各個環(huán)境因子分別量化成柵格數據結構[16]，即將降水、溫度、濕度、土壤、日照等因子數據轉換成每平方公里的單元網格，每一個網格相當于一個數據對象，其屬性值存放在相應網格屬性表中，然后對網格數據進行空間聚類分析?？臻g聚類是指將數據對象集按照相似度組成不同的簇，這樣同一簇中的對象之間具有較高的相似度，而不同簇中的對象差別較大，即相異度較大。根據相似的程度劃分等級，從而確定藥材的適宜區(qū)。

1.2 系統數據庫

數據是中藥材產地適宜性分析的基礎。構建結構合理、數據準確、時效性強的中藥材數值分析空間數據庫是中藥材數值區(qū)劃的關鍵?；贕IS的中藥材產地適宜性分析數據庫也進行了4個數據庫的數據結合，詳見圖1。

2 胖大海生物學特性和品質生態(tài)學研究

2.1 胖大海的生物學特性

圖1 GMPGIS系統數據庫

胖大海為落葉喬木，原產于越南、印度、馬來西亞、泰國和印度尼西亞等國，適宜在熱帶地區(qū)種植，為喜陽植物；在陽光下，芽生長肥壯，葉片寬大濃綠。在中國的引種區(qū)，月平均溫度降至19℃以下時，胖大海停止抽梢長葉；極端低溫為5℃時，其葉尖干枯，黃葉增多，出現凍害。適宜胖大海生長的月降雨量為100-300 mm；其土壤要求不嚴。胖大海莖稈細高，木質部松脆，根系不發(fā)達，抗風能力極差，在沿海臺風頻繁地區(qū)種植，極易造成斷干或倒株，宜選擇排水良好的避風地種植。

2.2 品質生態(tài)學研究

PHAM Van Huong等[17]在越南同奈天然文化自然保護區(qū)設置150個樣地，運用生態(tài)學理論，采用Logitic模型和生態(tài)學統計方法，分析表層土壤濕度和pH值對胖大海幼樹幼苗更新出現頻率的影響。結果表明，胖大海幼樹幼苗在SL1、SL2和SL3三個階段的天然更新出現頻率均與各林分胖大海的優(yōu)勢度、表層土壤濕度和pH值有密切關系。表層土壤濕度和pH值受森林類型影響，胖大海高優(yōu)勢度林分或者高穩(wěn)定性林分具有更適合胖大海幼樹幼苗天然更新的環(huán)境。李榮英等[18]將20世紀70年代從柬埔賽引進的一批長粒胖大海在云南省西雙版納州試種，發(fā)現長粒胖大海苗期需要適當蔭蔽才能生長良好，而成年樹在有蔭環(huán)境下，雖然枝葉繁茂，但不開花或只零星開花，未見結果。在陽光充足的環(huán)境下，胖大海樹冠較稀疏，冬春落葉多，但花多、能結果。故長粒胖大海的生長發(fā)育，苗期需適當蔭蔽，成年期則需陽光充足。巫金華等[19]對引種的胖大海試用各種方法繁殖的結果表明，種子繁殖、高空壓條繁殖和嫁接繁殖都獲得成功。

3 應用GMPGIS對胖大海產地適宜性分析

3.1 胖大海樣點確定

根據胖大海的生物學特性，本研究在全球范圍內胖大海分布區(qū)進行了選點，最終選擇了柬埔寨金邊、泰國尖竹汶省、馬來西亞帕索森林保護區(qū)、老撾占巴塞省、越南同奈省吉仙國家公園、印度尼西亞Lore Lindu國家公園、巴布亞新幾內亞Varirata國家公園、中國海南省萬寧市興隆鎮(zhèn)等全球10個國家97個樣點納入胖大海生態(tài)適宜產區(qū)分析。

3.2 胖大海生態(tài)因子值的確定

根據GIS空間分析法得到胖大海主要生長區(qū)域生態(tài)因子范圍：最冷季均溫13.6-26.7℃；最熱季均溫為22.3-29.5℃；年均溫為19.4-27.6℃；年均相對濕度為55.15%-80.47%；年均日照在134.34-168.49 W·m-2；年均降水量為1 107-3 997 mm；土壤類型以強淋溶土（Acrisols，AC）、紅砂土（Arenosol，AR）、始成土（Cambisol，CM）、鐵鋁土（Ferralsol，FR）、黏綈土（Nitisol，NT）等為主（表1）。

3.3 數據標準化

3.4 柵格計算

柵格新值=A×0.17+B×0.17+C×0.17+D×0.1 6+E×0.16+F×0.17，矢量空間分析將柵格計算結果與行政區(qū)劃矢量數據進行分析，得到產地適宜區(qū)分布圖。

表1 胖大海主要生長區(qū)域生態(tài)因子值

4 胖大海全球產地適宜性分析結果

4.1 胖大海全球產地適宜性區(qū)域分布范圍

圖2 胖大海最大生態(tài)相似度區(qū)域全球分布圖

圖3 胖大海在亞洲、大洋洲最大生態(tài)相似度區(qū)域圖

圖4 胖大海在美洲最大生態(tài)相似度區(qū)域圖

圖5 胖大海在非洲最大生態(tài)相似度區(qū)域圖

采用GMPGIS系統分析后得出與胖大海道地產區(qū)最大生態(tài)相似度區(qū)域的全球產地分布圖（圖2），以及胖大海在各大州的最大生態(tài)相似度區(qū)域分布圖（圖3-圖5）。從分布圖可以看出，胖大海全球最大生態(tài)相似度區(qū)域主要分布于赤道附近，屬于熱帶雨林氣候和熱帶季風氣候，包括越南、老撾、緬甸、馬來西亞、泰國及印度尼西亞等東南亞國家，剛果（民主共和國）等非洲國家，巴西、哥倫比亞等南美洲國家[21,22]。適宜區(qū)國家及其分布面積、所占國家總面積比例見表2，各個國家占適宜區(qū)總面積的比例見圖6。根據系統統計結果，全球胖大海最大生態(tài)相似度區(qū)共有62個國家和地區(qū)，總面積約為9.3×106km2。其中面積最大的為巴西，約為2.9×106km2，其次為剛果（民主共和國）、印度尼西亞、緬甸等。從適宜產地所占比例來看，老撾相似度區(qū)域面積比例最大，約占到98%，幾乎覆蓋整個國家。其次為菲律賓、泰國、緬甸等，都占到其國家總面積的一半以上，而中國、印度等國家最大生態(tài)相似度區(qū)域比例較小。

4.2 中國胖大海最大生態(tài)相似度區(qū)域分布范圍

采用GMPGIS系統分析后得出與胖大海在中國適宜省區(qū)的最大生態(tài)相似度區(qū)域圖（圖7）。各適宜省區(qū)及其分布面積、所占比例見表3。由結果可知，國內胖大海最大生態(tài)相似度的區(qū)域為廣東、海南、廣西、云南、福建、臺灣等省，其中面積最大的區(qū)域為廣東省和云南省。

5 討論

GMPGIS系統分析結果顯示胖大海主要分布在赤道附近的熱帶地區(qū)，最佳適宜區(qū)的分析結果與文獻記載及當前的實際主產區(qū)相吻合，驗證了GMPGIS系統的科學性。

圖6 胖大海最大生態(tài)相似度區(qū)域面積比例圖

表2 胖大海全球最大生態(tài)相似度區(qū)域分布統計

圖7 中國胖大海最大生態(tài)相似度局部區(qū)域分布圖

表3 中國胖大海最大生態(tài)相似度區(qū)域分布統計

5.1 胖大海生產潛在適宜區(qū)利于其產業(yè)布局調整

文獻中記載的胖大海主要分布于東南亞地區(qū)，應用GMPGIS系統還得出了一部分文獻記載中沒有指出的潛在適宜產地，包括南美洲的巴西（面積最大）、哥倫比亞、玻利維亞等，非洲的剛果（民主共和國）等，均位于赤道線附近，屬于熱帶雨林和熱帶季風氣候，符合胖大海生長的生物學環(huán)境，上述區(qū)域將可能成為胖大海引種栽培的新區(qū)域，對指導胖大海生產的合理布局調整具有重要意義。

5.2 GMPGIS系統分析結果對發(fā)展胖大海的生產區(qū)劃具有指導意義

中藥材的野生分布區(qū)是保證藥材質量和生長的最適宜區(qū)域，但由于胖大海樹木在原產區(qū)遭到非可持續(xù)性砍伐，胖大海果實過度利用，造成胖大海野生資源匱乏及更新困難，急需對胖大海進行野生撫育[23]及引種栽培，以緩解供需矛盾，實現資源的可持續(xù)利用。本文應用GMPGIS以胖大海生長所需的生態(tài)因子為依據，對全球胖大海適宜產地進行分析，直觀地得到胖大海藥材適宜產區(qū)分布圖，為全球胖大海栽培、生產、保護及合理布局提供科學指導和決策依據。根據分析結果，結合胖大海生物學特性，并考慮自然條件、社會經濟條件、藥材主產地栽培和采收加工技術，建議選擇引種栽培研究區(qū)域主要以廣東、廣西、海南、云南、福建一帶為宜。

GMPGIS系統從理論上通過綜合生態(tài)因子針對胖大海藥材進行統計分析后得到最大生態(tài)相似度分布區(qū)域，為胖大海藥材的生產提供了科學依據。建議進行藥用植物種植基地選擇和規(guī)劃時，除考慮植物生長對土壤、降水、溫度、濕度等氣候和環(huán)境條件的特殊要求，還需要對生產成本、土地供給、耕作條件、灌溉條件、交通運輸及當地社會經濟水平等其他非環(huán)境因素進行綜合評價，確定可持續(xù)經營管理的最佳種植，以獲得良好的經濟、生態(tài)和社會效益。這不僅對胖大海資源的綜合保護利用和可持續(xù)發(fā)展具有重要的現實意義，對推動生態(tài)文明建設和中醫(yī)藥產業(yè)發(fā)展也具有積極作用。

1 國家藥典委員會.中華人民共和國藥典(2015年版一部).北京:中國醫(yī)藥科技出版社, 2015: 261.

2 Le M C, Le T H. Vietnam plants forest. Hanoi: Hanoi Agriculture Press, 2000: 97-103.

3 徐祥浩,徐頌軍.中藥胖大海名實考.中藥材, 1987, 2(32): 52.

4 徐祥浩.中藥胖大海的引進歷史和拉丁學名考證.華南農學院學報, 1982, 3(3): 100-104.

5 朱兆儀,馮毓秀,王艷春,等.兩種胖大海的比較研究.中藥材, 1985, 4(11): 26-28.

6 茅莉萍,張麗云.胖大海的真?zhèn)舞b別.海峽藥學, 2005, 17(5): 77-78.

7 王春清.胖大海與其混偽品的紫外光譜鑒別.光譜儀器與分析, 2003(3): 40.

8 張啟華.胖大海與偽品圓粒蘋婆的鑒別.實用中醫(yī)藥雜志, 2007, 23(6): 301.

9 Thai V T. The rainforest ecosystem of Vietnam. Hanoi: Science Technology Press, 1998: 321-345.

10 Thai V M. Technical and economic feasibility to develop of reserve phase 2015. Dongnai: Dong Nai Natural and Culture Reserve, 2010.

11 王世敏,吳德勛,張仲偉,等.胖大海在海南島生長狀況觀察.中藥材, 1998, 21(6): 271-274.

12 巫金華,李榮英,里二,等.胖大海開花結果習性觀察.中藥材, 1998, 21(10): 487-489.

13 Kukreti M C. Geographic information system-a tool for planning and management. Ind For, 1996, 122(9): 847.

14 孫成忠,劉召芹,陳士林,等.基于GIS的中藥材產地適宜性分析系統等的設計與實踐.世界科學技術-中醫(yī)藥現代化, 2006, 8(3): 112.

15 陳士林,張本剛,楊智,等.全國中藥資源普查方案設計.中國中藥雜志, 2005, 30(16): 1231.

16 陳士林,索風梅,韓建萍,等.中國藥材生態(tài)適宜性分析與生產區(qū)劃.中草藥, 2007, 38(4): 481-487.

17 Pham V H,陳昌雄,等.表層土壤濕度和pH值對胖大海幼樹幼苗更新的影響.福建農林大學學報(自然科學版), 2016, 45(2): 173-178.

18 李榮英,巫金華.長粒胖大海在西雙版納引種成功和存在問題.中藥材, 2003, 26(8): 545.

19 巫金華,李榮英,里二.胖大海的繁植方法研究.中藥材, 1996, 19(5): 217.

20 何曉群.多元統計分析.北京:中國人民大學出版社, 2004: 54-92.

21 游麗金,王如明.氣候及其變化對東南亞農業(yè)生產的影響.地理教育, 2010(1-2): 29.

22 孫安健.世界氣候.北京:氣象出版社, 1986: 15-97.

23 陳士林,魏建和,黃林芳,等.中藥材野生撫育的理論與實踐探討.中國中藥雜志, 2004, 29(12): 1123-1126.

Ecological Suitability Assessment ofSterculia LychnophoraHance

Zhang Jie1,2, Li Xiwen2, Xu Xiangxiang1,3, Wu Jie2, Chen Shilin1
(1. Institute of Chinese Materia Medica, China Academy of Chinese Medical Sciences, Beijing 100700, China;
2. School of Chinese Pharmacy, Beijing University of Chinese Medicine, Beijing 100102, China;
3. Department of Life Sciences, Bengbu Medical College, Bengbu 233000, China)

This study aimed to explore appropriate global appellations of Sterculia lychnophora Hance and providescientific evidence for its rigorous zoning and planting. 97 sites from the original appellations, main producing areas and distributions were selected to evaluate the desirable areas for yielding S. lychnophora Hance, taking temperature, relative humidity, illumination intensity, annual precipitation and soil type as key factors analyzed by Global gegoraphic information system for medicinal plant (GMPGIS) database. As a result, it was found that the appellations of S. lychnophora Hance was distributed in tropic regions based on the maximum ecological similarity. The suitable producing areas analyzed by GMPGIS covered all the areas registered in documents. It was also found some new and potential appellations for producing S. lychnophora Hance. In conclusion, it was demonstrated that the GMPGIS was much valuable to pinpoint the appropriate appellations for yielding S. lychnophora Hance, and to provide a prudent reference for its transplantation and cultivation.

Global gegoraphic information system for medicinal plant, Sterculia lychnophora Hance, suitability of producing areas, ecological factors

10.11842/wst.2016.08.009

R282

A

（責任編輯：朱黎婷，責任譯審：朱黎婷）

2016-07-28

修回日期：2016-08-15

＊ 科學技術部國家科技計劃港澳臺合作專項（2015DFM30030）：中國國際貿易中安全性關鍵環(huán)節(jié)研究，負責人：陳士林；科學技術部重大新藥創(chuàng)制國家科技重大專項子課題（2014ZX09301308-007）：苗藥芪膠升白膠囊技術改造及再評價研究，負責人：李西文。

＊＊ 通訊作者：陳士林，本刊編委，研究員，主要研究方向：中藥資源學。